Основные сферы планеты земля: литосфера, гидросфера, биосфера и атмосфера

Атмосфера Земли в астрономии

В заглавной статье мы упоминали о том, что Земля служит главным инструментом познания других миров. Не является исключением и ее атмосфера — сопоставляя земные и инопланетные явления, астрономы узнают древнюю историю близких и не очень планет.

К примеру, цвет атмосферы других планет открывает нам тайны ее состава. Атмосфера Марса имеет такой же красный оттенок, как и его поверхность. Это связано с тем, что доминирующий газ на Марсе — это углекислый газ. То же самое касается экзопланет. Анализируя их цветовой спектр, мы можем узнать о составе атмосферы — даже не представляя, как планета выглядит.

А состав атмосферы, как мы знаем, может многое рассказать нам о планете. Если много углекислого газа — значит, на планете бушуют вулканы и происходят активные геологические процессы. Водные пары в атмосфере не гарантируют океанов на поверхности, но зато являются источником кислорода. А существующий избыток кислорода является почти стопроцентной гарантией наличие жизни. Ведь мы с вами уже знаем, что кислород из неживых источников сразу же тратится на химические реакции, и для его накапливания требуется биотический источник.

На Марсе тоже есть атмосфера и даже облака

Кроме того, все газы и жидкости циркулируют по схожим химическим законам. Хотя вода и является уникальным по свойствам веществом, она не является незаменимым компонентом атмосферы. На Титане, спутнике Сатурна, существует газовая оболочка, схожая по строению с земной. В ней формируются все те же классы облаков, так же циркулирует жидкость в атмосфере — но ее температура на сотню градусов ниже, а вместо воды фигурирует метан!

А еще атмосфера оставляет ярко выраженные следы на поверхности Земли. Признаки ветровой эрозии остаются даже после того, как космический объект потеряет свою атмосферу. Сравнивая инопланетные и Земные ландшафты, можно с точностью определить их историю — так, теоретические изыскания, сделанные по спутниковым снимкам рельефа Марса, нашли свое подтверждение во время работы марсоходов.

https://youtube.com/watch?v=oXydLraBv_c

Значение биосферы

Биосферу изучали разные ученые во все исторические эпохи. Этой оболочке много внимания уделял В.И. Вернадский. Он считал, что биосфера определяется границами, в которых обитает живое вещество. Стоит отметить, что все ее компоненты связаны между собой, и изменения в одной сфере приведет к изменениям во всех оболочках. Биосфера играет важнейшую роль в распределении энергетических потоков планеты.

Таким образом, биосфера – это жизненное пространство людей, животных и растений. В ней содержатся важнейшие вещества и природные ресурсы, такие как вода, кислород, земля и другие. На нее значительное влияние оказывают люди. В биосфере происходит круговорот элементов природе, кипит жизнь и осуществляются важнейшие процессы.

Основные свойства атмосферы

Космическое пространство — источник угроз для живых организмов. При отсутствии воздушной оболочки метеориты не сгорали бы, а падали на поверхность Земли. Другая серьёзная угроза — ультрафиолетовое излучение солнца, способное уничтожить флору и фауну. Слои атмосферы обеспечивают комфортную жизнь для сотен тысяч видов организмов.

Первичная газообразная оболочка стала зарождаться с момента появления Земли и со временем превратилась в сложную структуру с множеством функций. Так, благодаря воздушному слою образуются облака. Они, в свою очередь, отражают солнечные лучи и возвращают тепло на землю. Этот процесс повторяется многократно, поэтому у поверхности планеты сохраняется комфортная температура. Без атмосферных слоёв на Земле было бы в среднем на 30 градусов холоднее, чем сейчас.

В нескольких слоях оболочки происходит круговорот воды. Над всей планетой перемещаются тёплые и холодные потоки воздуха. Эти процессы уравновешивают климат на земном шаре. Без атмосферы разница температур на экваторе и у полюсов была бы колоссальной. Разнообразие форм живой и неживой природы образовалось благодаря уникальным климатическим условиям, которые стали результатом перемещения газообразных структур.

Общая масса всех слоёв, входящих в состав атмосферы, составляет 5,2×10 18кг. Газообразные вещества окружают планету, распространяясь на многие тысячи километров от поверхности. Слои атмосферы:

• тропосфера;
• стратосфера;
• мезосфера;
• термосфера;
• экзосфера;
• ионосфера.

Давление атмосферы

Слушая прогноз погоды, мы часто слышим показатели атмосферного давления. Но что означает давление атмосферы, и как на нас это может повлиять?

Мы разобрались, что воздух состоит из газов и примесей. Каждая из этих составляющих имеет свой вес, а значит, и атмосфера не невесома, как считали до XVII века. Атмосферное давление — это сила, с которой все слои атмосферы давят на поверхность Земли и на все предметы.

Учёные провели сложные подсчёты и доказали, что на один квадратный метр площади атмосфера давит с силой 10 333 кг. Значит, человеческое тело подвержено давлению воздуха, вес которого равен 12-15 тонн. Почему же мы не ощущаем этого? Спасает нас своё внутреннее давление, которое и уравновешивает внешнее. Можно ощутить давление атмосферы, находясь в самолёте или высоко в горах, так как атмосферное давление на высоте значительно меньше. При этом возможен физический дискомфорт, закладывание ушей, головокружение.

Об атмосфере, окружающей можно сказать много всего. Мы знаем о ней множество интересных фактов, и некоторые из них могут казаться удивительными:

• Вес земной атмосферы составляет 5 300 000 000 000 000 тонн.
• Она способствует передаче звука. На высоте больше 100 км это свойство исчезает из-за изменения состава атмосферы.
• Движение атмосферы спровоцировано неравномерным нагревом поверхности Земли.
• Для определения температуры воздуха используют термометр, а для того, чтобы узнать силу давления атмосферы, — барометр.
• Наличие атмосферы спасает нашу планету от 100 тонн метеоритов ежедневно.
• Состав воздуха был фиксированным несколько сотен миллионов лет, но стал изменяться с началом бурной производственной деятельности.
• Считается, что атмосфера простирается вверх на высоту 3000 км.

Слои атмосферы

И температура, и плотность, и качественный состав воздуха неодинаковый на разной высоте. Из-за этого принято выделять разные слои атмосферы. Каждый из них имеет свою характеристику. Давайте узнаем, какие слои атмосферы различают:

• Тропосфера – этот слой атмосферы находится ближе всего к поверхности Земли. Высота его — 8–10 км над полюсами и 16–18 км — в тропиках. Здесь находится 90% всего водяного пара, который имеется в атмосфере, поэтому происходит активное образование облаков. Также в этом слое наблюдаются такие процессы, как движение воздуха (ветра), турбулентность, конвекция. Температура колеблется от +45 градусов в полдень в тёплое время года в тропиках до -65 градусов на полюсах.
• Стратосфера – второй по отдалённости от земной поверхности слой атмосферы. Находится на высоте от 11 до 50 км. В нижнем слое стратосферы температура приблизительно -55, в сторону удаления от Земли она повышается до +1˚С. Эта область называется инверсией и является границей стратосферы и мезосферы.
• Мезосфера располагается на высоте от 50 до 90 км. Температура на её нижней границе — около 0, на верхней достигает -80…-90 ˚С. Метеориты, попадающие в атмосферу Земли, полностью сгорают в мезосфере, из-за этого здесь происходят свечения воздуха.
• Термосфера имеет толщину приблизительно 700 км. В этом слое атмосферы возникают северные сияния. Появляются они за счёт ионизации воздуха под действием космического излучения и радиации, исходящей от Солнца.
• Экзосфера – это зона рассеивания воздуха. Здесь концентрация газов небольшая и происходит их постепенный уход в межпланетное пространство.

Границей между земной атмосферой и космическими просторами принято считать рубеж в 100 км. Эту черту называют линией Кармана.

Термосфера

Термосфера расположена над мезосферой и ниже экзосферы. Толщина этого слоя составляет около 513 км, что намного больше, чем у всех нижних слоёв вместе взятых.

Хотя термосфера считается частью Земной атмосферы, плотность воздуха настолько низкая, что бóльшую часть слоя ошибочно рассматривают как космическое пространство. Эта идея подкрепляется тем фактом, что в слое недостаточно молекул для перемещения звуковых волн.

В термосфере ультрафиолетовое излучение вызывает явления фотоионизации молекул, т. е. образование ионов в результате контакта фотона с атомом. Это явление ответственно за создание ионосферы, расположенной внутри термосферы. Ионосфера играет важную роль в распространении радиоволн в отдалённые районы Земли.

Именно в термосфере спутники вращаются вокруг Международной космической станции (МКС). Кроме того, именно в термосфере происходит северное сияние.

Северное сияние происходит при столкновении солнечных частиц с плотностью Земной атмосферы.

Читайте подробнее про Северное сияние.

Слово «термосфера» происходит от греческого thermos (что значит «тепло»), что отражает тот факт, что температура в этом слое чрезвычайно высока.

Граница между термосферой и экзосферой называется термопаузой.

Состав термосферы

В отличие от слоёв ниже, где смешиваются газы, в термосфере частицы редко сталкиваются, что приводит к равномерному разделению элементов. Кроме этого, большинство молекул в термосфере разрушаются солнечным светом.

Верхние части термосферы состоят из атомарного кислорода, атомарного азота и гелия.

Температура термосферы

Температура в термосфере может варьироваться от 500º C до 2000º C. Это происходит потому, что большая часть солнечного света поглощается в этом слое.

Что встречается в термосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в термосфере:

• спутники;
• раньше, многоразовый транспортный космический корабль Спейс шаттл;
• МКС;
• северное сияние;
• ионосфера.

Третий слой атмосферы – мезосфера

Мезосфера располагается над стратосферой и пролегает до 80 км от Земли. Температура в этом слое понижается до – 90. Эта область атмосферы самая холодная. Температуры могут опускаться до – 143.

Состав мезосферы – азот и кислород в сочетании 80 к 20. Разреженность воздуха не позволяет находиться летательным аппаратам. Для космических конструкций воздух наоборот, плотный.

Иногда могут появиться облака серебряного цвета, состоящие из кристаллов льда. Они светлые, прозрачные и легкие. Более 100 лет ученые наблюдают за такими облаками. Открыты они были летом 1885 года. Они появляются в северном полушарии, обычно с мая по август. Но, тем не менее, в 2013 году такие облака наблюдали над Европой в феврале-марте, когда заходило Солнце. Их могли видеть жители Англии, Норвегии, Дании, Московской области и Литвы.

Стихийные бедствия

Вы уже прочитали о таких опасных природных явлениях, как землетрясения и извержения вулканов, которые иногда уносили тысячи человеческих жизней. Их нередко называют стихийными бедствиями

Некоторые атмосферные явления тоже довольно часто попадают в эту категорию, поэтому, чтобы не подвергать себя опасности, надо помнить об элементарных мерах предосторожности. «Люблю грозу в начале мая…» Но большинство людей всё-таки инстинктивно побаиваются этого природного явления

Раньше верили, что опасен сам гром. Не зря главные боги во многих религиях считались громовержцами. Поэтому устройство, отводящее во время грозы электрические разряды в землю, назвали громоотводом.

Молния

Однако на самом деле опасаться следует не грома, а мощного электрического разряда — молнии. Молния всегда ищет выступающие над землёй объекты — высокие здания, большие деревья и даже людей. Поэтому прятаться от грозы под деревьями или в воде нельзя. Иногда во время грозы через открытое окно может с тихим шипением вплыть загадочная и очень опасная шаровая молния. Учёные до сих пор не могут прийти к единому мнению о том, как она образуется. Если шаровая молния проникла в помещение, не прикасайтесь к железным предметам; не пробуйте убежать от неё; не пытайтесь выгнать её веником, книгой и т. д.; стойте, не двигаясь, сохраняйте спокойствие.

 А вот град может за несколько минут не только полностью уничтожить урожай, но и нанести увечья людям и животным, ведь ледяные градины иногда достигают размера 13 см в диаметре и массы около килограмма. Обычная метель иногда коварно перерастает в многочасовой, если не многодневный снежный буран, подобный тому, который погубил антарктическую экспедицию Роберта Скотта.

В низких широтах над океанами часто зарождаются тропические циклоны с ветрами страшной разрушительной силы — ураганы, как их называют в Атлантическом океане и на востоке Тихого океана. У побережья Евразии чаще используют китайское слово «тайфун», что означает «большой ветер». При урагане ветер движется по кругу, а сила его так велика, что он с лёгкостью срывает крыши с домов и вырывает с корнем деревья. Иногда при столкновении двух воздушных масс, температура и влажность которых резко отличается, возникает воронка — смерч, похожий на изогнутый извивающийся хобот слона, спускающийся из грозового облака и шарящий по земле. Смерч, как гигантский пылесос, всасывает всё, что попадается на пути. Сто лет назад смерч, проходя над районом Сокольники на окраине Москвы, перенёс на несколько сотен метров корову, которая совсем не пострадала и продолжила пастись. Особенно часты смерчи, или торнадо, как их называют на равнинах, расположенных между Скалистыми горами и Аппалачами в Северной Америке. Вспомните историю девочки Элли, чей домик торнадо перенёс в Волшебную страну Оз.

Смерч

История атмосферы

La атмосфера что мы знаем сегодня это не всегда было так. С момента образования планеты Земля до сегодняшнего дня прошли миллионы лет, и это вызвало изменения в составе атмосферы.

Первая атмосфера Земли возникла в результате самого большого и продолжительного дождя в истории, который сформировал океаны. Состав атмосферы до появления жизни, как мы знаем, состоял в основном из метана. Тогда это было более 2.300 миллиарда лет, организмы, которые выжили в этих условиях, были организмами метаногены и аноксическийТо есть для жизни им не нужен был кислород. Сегодня метаногены обитают в отложениях озер или в желудках коров, где нет кислорода. Планета Земля была еще очень молодой, и солнце светило меньше, однако концентрация метана в атмосфере была низкой. примерно в 600 раз больше, чем сегодня с загрязнением. Это превратилось в парниковый эффект, достаточно сильный, чтобы иметь возможность повышать глобальную температуру, поскольку метан сохраняет много тепла.

Позже, с распространением цианобактерии и водоросли, планета наполнилась кислородом и изменила состав атмосферы, пока мало-помалу стала такой, какой мы имеем сегодня. Благодаря тектонике плит реорганизация континентов способствовала распространению карбонатов по всем частям Земли. И поэтому атмосфера переходила из восстановительной в окислительную. Концентрация кислорода показывала высокие и низкие пики, пока она не оставалась более или менее постоянной на уровне 15%.

Регулярные морские стихии (тайфуны, штормы, морские ураганы)

Ежегодные атлантические стихии

Для формирования штормов и ураганов нужны теплая вода и влажный воздух.
Из-за глобального потепления океан нагревается все больше, испарения также растут.

Штормы в Атлантике обычно образуются в теплых частях океана вблизи Африки.
Затем они «мчатся» через океан в сторону Америки.
Здесь их подпитывает значительно потеплевшая в последние десятилетия вода Карибского региона,
после чего штормы и ураганы обрушиваются на американское побережье.

Земле начали угрожать зомби-ураганы.
Климатологи предупреждают, что с дальнейшим изменением климата на планете вырастет количество зомби-штормов и зомби-ураганов.
Так называют явления, когда уже утихнувший шторм или ураган внезапно «оживает» и снова начинает усиливаться.

Ежегодные тихоокеанские стихии

Ла-Нинья («Малышка») регулярно возникает в южной части Тихого океана, когда стабильный восточный ветер
гонит теплую воду от берегов Перу и Чили в сторону Индонезии и Австралии.
В результате на поверхность поднимается холодная вода из морских глубин, и в регионе наступает похолодание.
Ла-Нинья влияет на погоду во всем мире.

Обратное явление, когда температура воды и воздуха у побережья Южной Америки повышается, зовется Эль-Ниньо («Малыш»).
Явление нередко совпадает по времени с Рождеством, а «Эль-Ниньо» в испаноговорящих странах называют младенца Христа, отсюда и возник термин.

Чередование Эль-Ниньо и Ла-Ниньи называется Южной осцилляцией.

Феномен впервые подробно описал британский ученый Гилберт Уокер в 1923 году, однако местные рыбаки обратили на него внимание гораздо раньше. Ла-Нинья не имела для них практического значения, но потепление воды при Эль-Ниньо плохо влияло на уловы.. Ла-Нинья охладила Тихий океан

Как это повлияет на погоду в мире?.

Ла-Нинья охладила Тихий океан. Как это повлияет на погоду в мире?.

Ураган «Катрина»

Жертвами урагана «Катрина» в 2005 году в 5 американских штатах стали свыше 1 тыс. 300 человек.
Больше других пострадала Луизиана. На ее долю приходится более 1 тыс. 100 погибших.
Кроме того, «Катрина» унесла жизни 221 человека в штате Миссисипи, 14 — во Флориде, 2 — в Джорджии и 2 — в Алабаме.

Гидросфера — водная оболочка Земли

Гидросфера — водная оболочка, включающая всю воду на нашей планете. К ней относится вода, которая находится на поверхности планеты, под землей и в воздухе. Гидросфера планеты может быть жидкостью, паром или льдом.

На Земле жидкая вода существует на поверхности в виде океанов, озер и рек. Под землей она встречается в колодцах и водоносных горизонтах, а также как грунтовые воды. Водяной пар наиболее заметен в виде облаков и тумана.

Замерзшая часть гидросферы Земли состоит из льда: ледников, ледяных вершин и айсбергов, и имеет свое название — криосфера.

Вода проходит через гидросферу благодаря циклическому перемещению. Она накапливается в облаках, затем падает на Землю в виде дождя или снега. Эта вода собирается в реках, озерах и океанах. Затем она испаряется в атмосферу, чтобы снова начать цикл. Этот процесс называется гидрологическим циклом.

По оценкам ученых, на нашей планете есть более 1386 млн. км³ воды.

В океанах содержится более 97 % запасов воды на Земле. Остальная часть приходится на пресную воду, две трети которой находится в замерзшем состоянии в полярных регионах планеты и на снежных вершинах гор. Интересно отметить, что, хотя вода покрывает большую часть поверхности планеты, она составляет всего 0,023 % общей массы Земли.

География

§ 23. Из чего состоит атмосфера и как она устроена

Вспомните

Что такое воздух? Из каких газов он состоит?

Что такое атмосфера. Мы живем на поверхности земной коры и одновременно находимся на дне воздушного океана — атмосферы.

Атмосфера — это воздушная оболочка Земли.

Нижняя граница атмосферы — земная поверхность. Близ нее атмосфера плотная, но с высотой она становится все более разреженной. Поэтому атмосфера не имеет четкой верхней границы. Условно ее проводят на высоте 1000 км.

Состав атмосферы и ее роль в жизни Земли. Атмосфера состоит из смеси газов, которую называют воздухом (рис. 80).

Рис. 80. Состав атмосферного воздуха

Для жизни на Земле наиболее важную роль играют кислород, углекислый газ, водяной пар и озон. Запасы кислорода в атмосфере пополняются растениями. Углекислый газ накапливается в ней в результате извержения вулканов, дыхания живых организмов и сжигания топлива. Водяной пар поступает в воздух вследствие испарения воды. (Вспомните из курса «Природоведение», какую роль играют кислород и углекислый газ в жизни растений и животных.)

Рассмотрите рисунок. Какая доля в составе воздуха принадлежит азоту, кислороду, другим газам?

Углекислый газ вместе с водяным паром «берегут» тепло нашей планеты: атмосфера пропускает от Солнца к земной поверхности больше энергии, чем Земля отдает в окружающее космическое пространство.

Озон (от греч. «озо» — пахнущий) образуется из кислорода под действием солнечных лучей и электрических разрядов. Он имеет запах свежести, такой, какой мы ощущаем после грозы. Этого газа в атмосфере очень мало, однако на высоте 20—30 км существует слой воздуха с более высоким содержанием озона. Его называют озоновым экраном. Он, словно щит, оберегает все живое от губительного излучения Солнца.

Атмосфера появилась на Земле очень давно — более 4 млрд лет назад. Она образовалась из вулканических газов. Современные живые организмы не могли бы дышать в древней атмосфере.

Однако значение атмосферы для Земли не ограничивается этим. Оно более многообразно (рис. 81).

Рис. 81. Значение атмосферы

Кроме газов в воздухе атмосферы имеются и твердые примеси. Эти мелкие частицы образуются в результате разрушения горных пород, извержения вулканов, пыльных бурь, сжигания топлива. С одной стороны, они загрязняют воздух, но, с другой стороны, без них невозможно образование облаков.

Строение атмосферы. Атмосфера неоднородна. В ней выделяются слои, отличающиеся плотностью воздуха, температурой, составом газов. Самый нижний слой — тропосфера (рис. 82).

Тропосфера — это нижний слой атмосферы, простирающийся до высоты 8-10 км над полюсами, 10-12 км в средних широтах и 16-18 км над экватором.

В тропосфере находится более 4/5 всего атмосферного воздуха. Причем более половины его сосредоточено до высоты 5 км. Температура воздуха убывает здесь с высотой и достигает у верхней границы -55°С. В тропосфере содержится почти вся атмосферная влага. В ней формируются облака, приносящие дождь, снег, град. Здесь же происходит постоянное движение воздуха, образуется ветер. В тропосфере протекает жизнь человека, растений.

Рис. 82. Строение атмосферы

Над тропосферой простирается стратосфера (см. рис. 82). Стратосфера — это слой атмосферы, лежащий над тропосферой до высоты 55 км. В стратосфере воздух более разреженный, чем в тропосфере. В ней почти не образуется облаков, так как очень мало водяного пара. Температура воздуха здесь растет с высотой и у верхней границы близка к 0°С.

Выше стратосферы выделяется еще несколько атмосферных слоев, которые постепенно переходят в безвоздушное пространство.

Вопросы и задания

1. По рисунку 81 расскажите о значении атмосферы для жизни на Земле.
2. Из чего состоит атмосферный воздух? Всегда ли он был таким?
3. Как называется слой атмосферы, где протекает жизнь человека?
4. Какие явления происходят в тропосфере?

Значение атмосферы

Значимость атмосферы воздуха неоценима, но не стоит забывать о том, что современная техника и производство наносят колоссальный вред и разрушают защитные атмосферные оболочки. Эти процессы могут привести к катастрофе планетарного масштаба. Например, химические вещества, широко применяемые в производстве аэрозолей, устройств кондиционирования и подачи тёплого воздуха, противопожарные системы и т. д. являются разрушающими озоновый слой . В результате чего появляются озоновые дыры, через которые проходят на землю ультрафиолетовые и инфракрасные солнечные лучи в небезопасном количестве, что приводит к повреждению кожных покровов и сетчатки глаза.

Также нельзя оставить без внимания и «парниковый эффект». Это процесс накопления в нижних слоях атмосферы различных газов, которые появляются в результате промышленной деятельности человека. Газовые выбросы поднимают температуру воздуха, что приводит к таянию льдов и повышению уровня мирового океана. В недалёком будущем может настать момент, когда вся суша планеты покроется водой и наступить всемирное затопление.

Зная о пользе атмосферы воздуха и о способах её разрушения, каждый человек должен задуматься над тем, не является ли его жизнедеятельность губительной для окружающей среды. Да, возможно, ещё не одна сотня или тысяча поколений потомков сможет прожить на планете в безопасности и, одновременно, губя её техническими достижениями. Но всё-таки стоит не забывать о пользе атмосферы и её значении для всего живого и быть более гуманными по отношению к ней.

Аэрологические станции

Скорость и направление ветра, температуру, давление на высотах от тридцати метров до сорока километров (тропосфера и часть стратосферы) регистрируют с помощью системы АРЗ-РЛС (аэрологический зонд — радиолокационная станция).

Зонд — это специальный баллон (из резины или пластика, заполненный водородом или гелием (несколько реже, хотя менее опасно) для поднятия вверх и контейнер с датчиками температуры, давления. Сигналы датчиков преобразуются в радиосигнал, затем передаются на РЛС.

Радиолокационная станция принимает сигналы и расшифровывает их. РЛС «ведет» радиозонд, отслеживая его положение по вертикали и горизонтали.

Таким образом аэрологическая станция получает самые достоверные данные о температурах, давлении и о скорости и направлении ветра на различных высотах.

Так как изучают атмосферу с помощью зондов всего лишь от двух до четырех раз в сутки, этого совершенно недостаточно для сиюминутного знания о состоянии воздушных масс (перемещение, облачность).

Для нужд ветровых станций и аэродромов в последнее время разработаны содары (работают на акустических волнах), лидары (используют оптическое излучение), радиолокаторы — радары (радиоволны) и профайдеры (радиоакустическое и электромагнитное излучение).